轮胎模具范文

轮胎模具篇1

“先进”铸就先锋

走进巨轮的生产车间，环境通风干净，车间里工人并不多，都在一块块电子屏幕前操控着大型的精密仪器。巨轮拥有各种高精尖制造、检测设备700多台/套，采用精密数控雕刻设备，包括国外进口五轴联动加工中心等，检测装备、设计软件等均采用外国先进设备，在关键工序上实现了从产品设计、制图到加工无图纸化作业，技术装备国内一流，达到国际先进水平。

从单一生产汽车子午线轮胎模具转变为以子午线轮胎活络模具和高精度液压式轮胎硫化机为主，相关橡胶机械设备为辅的产业格局，广东巨轮模具股份有限公司通过技术改造和转型升级，强势延伸产业链，为公司跨越发展注入了强劲动力，一跃成为国内液压式轮胎硫化机细分行业的龙头企业，大步跨进了国际高端轮胎成型装备领域第一阵营。

三流企业卖产品，二流企业卖技术，一流企业卖标准。可以这么说，谁的产品标准一旦为行业所认同，谁就会引领整个产业的发展潮流。多年的技术积淀，巨轮股份以难以复制的行业竞争力和话语权，成为国家轮胎模具行业标准的主编写单位，也成为业界自主创新的标杆企业。近年公司独立研发的项目有十项通过省级专家技术鉴定，其中“高精密铸造铝合金子午线轮胎模具”被列入国家“火炬”计划项目；“免排气孔轮胎模具”填补国家空白，被列入国家重点技术创新项目；“线性轻触式导向结构活络模具”在第十届中国国际模展上被专家组评为“具有国际水平”的子午线轮胎模具。

为紧跟轮胎模具行业最尖端技术，巨轮股份从未停止对新技术开发及新产品开发的投入，对企业的信息化建设高起点高投入。采用机电信息化技术将原有设备升级改造并采用先进的数控实现敏捷加工，把企业原有的一些设备如刻花机从单板控制升级为三座标数控方式，大大降低了劳动强度，提高工作效率5倍以上，使生产力快速发展，从1998年年产80套轮胎模具提高到2011年的4000套。在新项目建设上，已建立数据库，技术数据经过处理后从科技楼的计算机中心通过地下光纤直接传输到生产车间加工中心，实现无图加工，同时，通过建立企业网站，开展电子商务活动。

据了解，轮胎模具技术含量高，是模具家族中个性化最强和唯一“动态”的模具，终端产品汽车轮胎是一个高速旋转的圆体，其抓着性能、散热性能、转弯性能和防移滑性能等要通过模具花纹的精度来体现。因此，在加工上有其独特的一面。由于不同的道路、不同的车辆、不同的性能等要求各异，轮胎花纹通常被设计成特殊而又复杂的三维立体结构。为了准确设计和制造轮胎的花纹，轮胎模具的特殊花纹造型、特殊结构和特殊的加工工艺在所有模具中独一无二。

不同的路况（如雪地、山路、高速路）需要轮胎有不同的花纹结构，花纹结构设计是比较复杂的三维立体结构。为了准确无误地将轮胎花纹设计通过轮胎模具反映在轮胎上，现代轮胎模具的设计与制造过程要应用CAD/CAM/CAE技术将轮胎花纹总图转化为轮胎模具参数，完成轮胎模具花纹造型和结构设计的数字化，对制造工艺进行数字化编程，生成NC程序，由CNC机床加工，整个设计和生产制造过程完全通过数字化信息在内部局域网上传递，需要数字化设计、数字化传输、数字化加工、数字化检验与管理等一系列高精尖技术。

巨轮公司正是从硬件到软件，紧跟国际轮胎模具前沿技术和子午线轮胎和发展潮流，不断进行前瞻性技术开发，提高核心竞争力，占领技术和市场制高点，从而在同行业中脱颖而出。

巨轮公司董事长吴潮忠表示，由于采用了计算机辅助设计、自动化控制、加工装备等各方面均领先于国内同行的技术和管理，目前巨轮模具的生产周期为45天，较国内同行平均生产周期缩短至少25%，较进口产品供货周期缩短了50%，公司自行研发的“轮胎模具高速高精度并行加工技术”，可将交货期缩短在4周以内，生产效率以及产能都有很大的提高。截至目前，公司已经有20多项发明，获得了60多项专利，其中高精度液压式轮胎硫化机一项发明更是处于行业领先地位。

工业机器人上线

一想到中国制造，一般人脑子里第一时间浮现出来的场景就是巨大的生产车间、24小时不间断的流水化生产线、生产线上密密麻麻忙碌的工人，然而，在巨轮公司生产车间，这一传统印象被彻底颠覆：数百台大型数控机床一字排开，气势恢宏，机床取代了人，成了主要“生产者”。而先进的生产设备，确保了巨轮模具产品的竞争力。

随着中国汽车产业的高速发展，使得中国成为全球最大的轮胎生产国，也推动了我国轮胎模具产业的高速发展，吸引了众多企业涌入这一行业。先进的生产设备，只要有钱就能买到，但巨轮模具却能占到中国轮胎模具出口市场70%的份额，并非只是因为采购了国际先进生产设备这么简单，而是因为巨轮模具拥有自己的“杀手锏”。

吴潮忠透露，巨轮模具的杀手锏，就是通过自主创新，对这些先进设备的应用程序进行二次开发，并将这些自动化生产、检测设备，与巨轮模具的信息系统实现“无缝对接”，大大提升了巨轮模具的生产效率和市场竞争力。“先进设备能引进，但二次开发能力的强弱却是个性化的。通过我们自己开发的应用技术，巨轮模具可以实现数控高速直接雕刻和一次成型，这一创新不仅节省了生产成本，更提高了生产效率，这一技术很多国外先进企业都没有掌握。”

而通过自主创新，巨轮模具不仅在轮胎模具领域占据了领先位置，还在高端成套模具领域取得了突破。如今，巨轮模具又开始在工业机器人领域发力，已经研制出三个档次的工业机器人。据悉，巨轮正在投资2亿元建一座自动化无人工厂，让巨轮的工业机器人首先在自己的工厂使用、检验，然后再推向市场，目前该工厂已投入运营。

2009年，巨轮模具凭借在信息化、自动化领域积累的科研成果，开始研发工业机器人。随着人口红利的逐步消失，劳动力成本越来越高，且熟练工人也越来越难找，工业机器人将大行其道，巨轮模具选择工业机器人作为新的突破方向。

在巨轮模具工业机器人展厅，目前已经研制出的20公斤、100公斤、300公斤三个档次的工业机器人。巨轮模具正在建设的无人工厂已在20 12年底投入使用，巨轮的工业机器人将率先在自己的工厂接受检验。一旦检验合格，巨轮模具将把工业机器人大规模投向市场。

轮胎模具篇2

TPMS的由来及市场

TPMS 是汽车轮胎压力监视系统 "Tire Pressure Monitoring System"的英文缩写，主要用于在汽车行驶时实时的对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。

在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据统计，在高速公路上发生的交通事故有70%-80%是由于爆胎引起的。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据有关专家的分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。而TPMS-汽车胎压监视系统毫无疑问将是理想的工具。凡世通（Firestone）轮胎的质量问题，造成了超过千人的伤亡，此事引起了业界和美国政府的高度关注，普利斯通/凡世通公司曾被迫一次收回650万只轮胎。据美国汽车工程师学会最近的调查，美国每年有26万交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每年75%的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。由于每年造成的经济损失巨大，美国政府要求汽车制造商加速发展TPMS系统，以求减少轮胎事故的发生。因此，在2000年美国国会通过了TREAD法案。TREAD法案的要求之一是到2007年，所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统。2000年11月1日美国总统克林顿签署批准了国会关于修改联邦运输法的提案，要求2003年后所有的新车都需把这种系统作为标准配置。回应TREAD法案，美国公路交通安全局（NTHTSA）要求到2007年，所有在美国销售的汽车都必须安装轮胎压力监视系统，并提出了汽车生产商的执行时间表：美国市场出售的汽车，2004年占10%，2005年占35%， 2006年占65%，2007年 将达100%。美国每年的汽车销量约为1500万辆（轿车/卡车）。全球每年约5000万辆，平均每辆车需要4.2个轮胎（不包括备用胎）。

中国正在成为全球最大的新兴汽车市场，中国汽车需求量和保有量出现了加速增长的趋势，汽车保有量已突破2600万辆，年销售汽车将突破600万辆，未来5年将成为仅次于美国的全球第二大汽车销售国。汽车安全产品将成为中国生机勃勃的新兴市场热点，今后每年的增长速度可达50%。其中，仅TPMS技术产品2005年底的市场容量就将达20万套，近7亿元人民币；2006将达到50万套，近17亿元。根据2003－2010年汽车需求预测：汽车年增长16%－20%；轿车年增长19.2%－24%。综合以上分析，预计，2005－2010年，中国汽车保有量将以16% 以上的速度增长。

美国、欧洲已先后立法，要求在今后几年内实现汽车全部安装TPMS，因此，对TPMS的需要量与日俱增，美国的人工每小时起码7.5元美金，差不多是中国工人的日工资，面对量大的产品需要降低生产成本，TPMS的生产正在转向中国。今后几年内中国必将成为TPMS的生产大国。

人的生命是最可贵的，因此，为与世界先进国家同步，我国关于汽车安装TPMS这样的生命安全保障预警系统法规迟早也会出台。因此，目前我们国内已有数百家设计公司、生产厂家开始开发、设计、生产TPMS。

目前，TPMS主要分为两种类型：一种是间接式TPMS，它通过汽车ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的，其缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100公里／小时的情况进行判断。另一种是直接式TPMS，它利用安装在每一个轮胎里的以锂亚电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线电频率调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压、温度，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低、渗漏、太高、或温度太高时，系统就会自动报警。直接式TPMS 从功能和性能上均优于间接式TPMS。许多欧洲的汽车厂商已将直接式TPMS 配装于自己的车型之中，其中包括：德国宝马的 Z8、法国雪铁龙的 C5、英国阿斯顿· 马汀的超级跑车 Vanquish、林肯大陆、克莱斯勒与道奇（Dodge）迷你箱型车以及 Chrysler 300M 与 Concorde Limited 客车、旁蒂克的旗舰Bonneville SE 等等，梅赛德斯-奔驰S级轿车最新的改进也将TPMS 作为选装件。国内多数汽车厂家目前已开始进行这方面的研究，中国加入 WTO 以后，随着国际化的要求，和国产汽车的出口，相信国内厂家会跟上这个步伐。中国TPMS的前装和后装市场已经启动，预见前装市场（汽车生产厂家原装）将比后装市场（汽车购买后安装）跑得更快。

TPMS产品技术

TPMS系统主要有二个部分组成：安装在汽车轮胎里的远程轮胎压力监测模块（Remote Tire Pressure Monitoring）和安装在汽车驾驶台上的中央监视器（LCD显示器）。直接安装在每个轮胎里测量轮胎压力和温度模块，将测量得到的信号调制后通过高频无线电波（RF）发射出去。一个TPMS系统有4个或5个（包括备用胎）RTPM模块。中央监视器接收RTPM模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供驾驶者参考。如果轮胎的压力或温度出现异常，中央监视器根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。

由于汽车轮胎现在大多都是没有内胎的真空子午胎，因此，将TPMS的远程轮胎压力监测模块安装在轮毂上是十分方便和容易的，但是汽车在高速跑动时轮胎内环境和温度是十分恶劣的，压力、温度、湿度变化特别大，所以该模块的设计要按军级产品的要求来选用元器件，按工业产品的要求来制订生产工艺，然而它是一个量大面广的汽车通用安全产品，要按消费电子产品来定价。

远程轮胎压力监测模块由五个部分组成：（1）具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器SoC；（2）4-8位单片机（MCU）；（3）RF射频发射芯片；（4）锂亚电池；（5）天线。外壳选用高强度ABS塑料。所有器件、材料都要满足- 40℃到+125℃的使用温度范围。

智能传感器是整合了硅显微机械加工（MEMS）技术制作的压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包含模数转换器（ADC）、取样/保持（S/H）、SPI口、校准（Calibration）、数据管理（Data）、ID码的数字信号处理ASIC单元，模块具有掩膜可编程性，即可以利用客户专用软件进行配置。它是由MEMS传感器和ASIC电路二块芯片，用集成电路工艺做在一个封装里的。在封装的上方留有一个压力/温度导入孔，将压力直接导入在压力传感器的应力薄膜上，周边固定的圆形应力薄膜内壁由半导体应变片组成惠斯顿测量电桥；同时这个孔还将环境温度直接导入半导体温度传感器上。为了便于TPMS接收器的识别，每个压力传感器都具有16-32位独特的ID码。

适用于TPMS的智能传感器主要有硅集成电容式压力传感器，如Freescale的MPXY8020、MPXY8040；和硅压阻式压力传感器，如GE NovaSensor的NPX1、NPX2，Infineon SensoNor的SP12、SP12T、SP30。硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗。

NPX和SP12系列的智能传感器都包含了加速度计，加速度传感器利用其质量块对运动的敏感性，实现汽车移动即时开机，进入系统自检、自动唤醒，汽车高速行驶时按运动速度自动智能确定检测时间周期，用软件设定安全期、敏感期和危险期，以逐渐缩短巡回检测周期和提高预警能力、节省电能等功能。NPX还将8位MCU封装在智能传感器中。

随着TPMS产品市场对IC高整合度和高可靠性的要求，目前已经有了如GE NPX那样的将所需测试各物理量的传感器与MCU合二为一的智能传感器模块，在未来几年内还会开发出包含RF发射芯片三合一的模块，包含利用运动的机械能自供电的四合一的模块，届时远程轮胎压力监测模块只有一个模块和一个天线组成，客户的二次设计变得十分简便。

TPMS的工作频率北美标准为315MHz，欧洲标准为433.92 MHz，韩国为448 MHz，已有人建议新标准为868 MHz。其发射功率又不能超过10dBm，否则要接受无线电管制。工作模式有ASK（振幅变换调制）、FSK（频率变换调制），FSK抗干扰较好。因此，对RF芯片选用的要求是：（1）发射功率尽可能大；（2）芯片外型尺寸尽可能小；（3）具有比较好的性能/价格比。ATMEL的T5754、Infineon的TDK5110的标称发射功率都达10dBm。

电池选用锂亚电池，以保证远程轮胎压力监测模块在高低温环境中都能正常工作。传统的锂电池在- 40℃低温时丧失电能，在+100℃高温时会自动放电。TADIRAN LTH2450锂亚电池能满足TPMS宽温度范围的要求。

天线是远程轮胎压力监测模块发射功率提升的关键，天线技术涉及天线的几何形状、材料、介质等诸多因素。

远程轮胎压力监测模块的整体电源管理是十分重要的，一个锂亚电池要向这个模块提供3-5年的工作能源，做好电源管理和如何省电是关键所在。

发射模块在汽车轮胎内的安装有二种方式，一是利用气门咀安装，这是目前使用最多的；二是利用紧箍扣安装在轮毂上，这是最早的办法，但振动后会移位。无论采用哪种方式，安装完TPMS发射模块都必须对轮胎重新做动平衡检验。

中央监视器即TPMS接收器主要由UHF ASK/FSK RF接收IC和信号处理MCU、键盘、LCD显示器组成。RF接收IC和信号处理MCU安装在一个盒子里，可安装在汽车仪表箱内，带控制键盘的LCD显示器可安装在驾驶台上，LCD显示器能实时显示每个轮胎的压力、温度，和每一个轮胎的ID识别码，以及声光报警。由于接收系统是工作在汽车车厢内，其环境温度是常温而且变化不大，电源可以使用汽车的12V或24V电源，因此对器件选用只要是工业级即可，省电的要求也不高。

RF接收IC选用时一般考虑需要较高的接收灵敏度，以提高TPMS的工作效率和降低整个系统的生产成本，ATMEL的T5743、Infineon的TDK5210的标称灵敏度都达-100dBm以上。

TPMS技术发展趋势

汽车轮胎压力监视系统是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统，将是一个永恒的主题，因此，TPMS将成为汽车安全保障系统之一。TPMS发射模块将向高度集成化、单一化、无线无源化方向发展。

米其林集团公司、固特异轮胎橡胶公司已开发出在轮胎制造时的成形工序中，将压力、温度监测和信号发射装置被埋入轮胎胎壁内，它在轮胎的整个寿命期间（一般为1～7年）发挥作用；作为信号接收装置做成如手机的手握式解码读出器，可方便驾驶者出车时插装在车上，下车後随身携带。

轮胎模具篇3

一、充分认识促进轮胎工业又好又快发展的重要性

改革开放特别是“*”以来，*省轮胎工业得到迅速发展。目前，全省轮胎生产企业515家，20*年生产各种轮胎1.9亿条，产量居国内首位，其中子午线轮胎6000万条，子午化率达到31.6%；实现销售收入953亿元，利税86亿元，销售市场遍布全国和世界主要发达国家和地区。培育了一批经济实力较强的大型企业集团，建立了一批部级企业技术中心，拥有橡塑材料与工程教育部重点实验室，开发了一批具有自主知识产权的新技术、新产品，涌现出一批知名品牌。但是，与国外先进水平相比，*省轮胎工业在许多方面特别是部分关键领域还有相当大的差距，主要表现在，企业数量多、规模小，自主创新能力弱，产品结构不合理，高端产品少，结构调整的任务十分繁重。*们必须提高认识，突出重点，加快轮胎工业优化升级，促进*省轮胎行业健康发展。

二、指导思想、原则和目标

（一）指导思想。认真贯彻落实科学发展观，走新型工业化道路。以市场为导向，不断调整优化产业和产品结构；坚持自主创新，促进产学研结合；发挥骨干优势，加强信息化改造；培育知名品牌，推动重组联合；延长产业链条，壮大产业集群；进一步提升市场营销能力，促进轮胎工业又好又快发展。

（二）原则。

1.技术进步原则。进一步建立健全技术创新体系，提高技术创新能力。加大技术研发投入，强化核心技术培育，加大新产品、新工艺、新材料和新装备的开发力度，达到国际先进水平。

2.市场导向原则。充分发挥市场在资源配置中的基础性作用，突出企业在市场竞争中的主体地位，加强政策引导和行业协会作用，规范市场竞争秩序，完善轮胎法规管理体系，创造公平竞争、统一有序的发展环境。

3.国际化原则。积极承接国外产业技术和资本转移，加强与大型跨国公司在资本、技术、品牌等方面的战略合作。调整产品出口结构，提高出口的性能与价格比，扩大在发达国家的市场覆盖率。

4.集约化发展原则。加快企业培育、改造步伐，引导企业采取多种形式进行联合重组，壮大轮胎企业规模，膨胀轮胎产业集群，提升轮胎行业层次，提高企业集约化程度，增强国际竞争力。

5.安全节能和可持续发展原则。坚持以人为本、安全发展理念，把轮胎工业发展与安全节能、与环境保护、与企业追求社会效益相统一，推动循环经济、清洁生产和资源合理利用，实现轮胎工业可持续发展。

（三）目标。

1.产业和市场占有规模。到2010年，全省子午线轮胎产量达到1.2亿条，子午化率由目前的31.6%提高到50%以上，全国市场占有率提高到40%以上，出口能力和海外市场占有份额不断提升。

2.装备能力。各龙头企业都高度重视轮胎装备制造和信息化工作，*省制造的主要轮胎装备在国内市场的占有率达到20%以上，省内装备配套率达到50%左右。

3.大企业集团和产业集群。培育年销售收入50亿元以上的企业集团10个，其中过100亿元的5个。延伸产业链条，整合产业系统要素，培育一批为大企业和支柱产业配套的中小企业产业园区和产业集群。

4.技术水平。到2010年，争取建立国家重点实验室、国家工程研究中心、国家工程技术研究中心各1个，省级以上企业技术中心11个（其中部级5个），行业技术中心2个，获得中国名牌6个。

三、发展重点

（一）发展六大类产品。

1.全钢载重子午线轮胎。改进设计，逐步形成公制无内胎轮胎系列产品和完整的配套技术，发展系列化产品。提高轮胎翻新率和翻新次数，增加综合行驶里程，提高轮胎经济性、质量稳定性和产品寿命。

2.半钢子午线轮胎。着力开发多种新技术和新产品。轿车子午胎向扁平化方向发展，提高起动性能、制动性能和侧弯性能，增强安全、舒适性能。积极发展可监测充气压力、行驶中温度变化以及安全状态报警的功能轮胎，绿色节能轮胎和跑气保用轮胎，最大限度减少磨损微尘，使用无害配合剂的环保型轮胎。努力提高综合行驶里程，延长轮胎寿命，扩大高端产品产量。

3.工程子午线轮胎。在生产技术、装备、材料配套等方面继续攻关，配备完备的检测仪器，提高工程子午线轮胎产品质量的稳定性，积极发展巨型工程子午胎。

4.翻新轮胎。依托新胎生产企业，大力发展轮胎翻新行业，提高翻新轮胎比重。提高轮胎翻新技术装备水平和管理经营水平，改善翻新轮胎外观质量，增强可靠性能，提高性价比。

5.机械装备。加快轮胎生产及检测设备的研发，提质量、上水平、增品种。提高密炼机及上辅机、压延机、子午胎成型机、钢丝裁断机、硫化机、模具及检测仪器的市场占有率。

6.橡胶及主要原材料。着力发展天然橡胶、合成橡胶、橡胶助剂、炭黑、骨架材料等相关产业，进一步提高轮胎产业配套能力。

（二）培育三大产业集群。

1.半岛地区集群。充分发挥青岛、烟台、威海半岛地区轮胎生产传统优势，扩大三角、玲珑、成山、双星、赛轮等中国名牌轮胎效应。依托*省轮胎行业现有的部级企业技术中心、博士后流动站、库珀公司和高校软控公司等人才、科技、装备制造等方面的力量，推进企业整合，打造世界品牌，建设具有较强影响力的轮胎生产聚集地。

2.鲁北地区产业集群。发挥产业起点较高、企业集中度较高、成长潜力较大的优势，充分利用骨架材料、炭黑、助剂、机械、模具等配套原材料较齐全的条件，加强企业在资本、生产等方面的协作联合，加强技术研发和品牌建设，建设新兴的轮胎产业集群。

3.鲁西南橡胶助剂生产集群。在现有橡胶助剂生产基础上，加快开发生产绿色环保型橡胶助剂，提高助剂的科技含量，缩短与世界先进水平的差距，进一步提升在国内的优势地位，发展成国内重要的橡胶助剂生产集群。

四、政策措施

（一）加快产业结构优化升级。按照国家《产业结构调整指导目录》规定，鼓励发展环保型绿色轮胎、工程子午胎、拖拉机子午胎和航空子午胎等高等级子午线轮胎及配套专用材料和设备；限制发展斜交轮胎和力车胎，禁止新建斜交胎项目；逐步淘汰年产50万套以下的斜交胎、以天然棉帘子布为骨架的轮胎、年产1万吨以下的干法造粒炭黑生产线。各级投资主管部门在备案轮胎建设项目时，要认真贯彻国家产业政策，同时要充分考虑产业布局的优化，从严控制新布点建设项目，鼓励现有企业通过技术改造上档次、上水平，形成经济规模。

（二）大力加强产学研合作，增强自主创新能力。加快建设以企业为主体，产学研相结合的技术创新体系。强化龙头企业带动作用，依托大专院校、科研院所科研力量，加大政策扶持力度，建设具有自主知识产权的企业技术中心、工程研究中心、工程技术研究中心、重点实验室、全省轮胎行业技术联盟和技术中心，搭建完善的轮胎行业技术研发平台。全面落实鼓励企业研发的各项政策措施，加大研发资金投入，围绕行业关键共性技术，开展企业、高校、科研院所联合攻关。积极开展国际合作，加快重大技术、装备和原材料的消化吸收再创新，形成具有自主知识产权的核心技术体系。支持有实力的企业，采取单独或联合的方式，建设轮胎试验场。发挥高校、科研院所和企业自身的作用，多层次培养人才、引进人才，为技术创新提供智力支撑。

（三）加快信息化与轮胎业融合，用信息技术和先进适用技术改造提升传统产业。密切追踪轮胎生产自动化、轮胎产品智能化的发展趋势，加快轮胎行业信息化步伐。从产品研发手段、生产过程自动化、产业链管理、物流和市场、人员培训、产品溯源管理等六个方面推进信息化。要充分发挥青岛高校软控有限公司应用软件及系统集成开发和数字化装备制造优势，加大轮胎企业管控网络系统研发力度，实现RFID（射频识别）技术、生产自动控制技术和现代ERP（企业资源规划）管理的深度融合；进一步提升赛轮子午线轮胎信息化生产示范基地的层次和水平，为全行业信息化改造树立典型示范。发挥技术推广中介组织的作用，加强技术交流与合作，加快传统子午线轮胎生产线的嫁接改造，用信息化带动轮胎产业升级换代，争取骨干企业普遍实现生产自动化、管理信息化，保持*省轮胎行业全国领先地位。

（四）促进产业集聚，发展产业集群。围绕三大产业集群的培育，搞好规划定位，从产业链条延伸、产业要素配套、产业发展环境优化、产业园区建设等方面集中开展工作。大企业要充分发挥技术、资金、人才、品牌和市场优势，进一步壮大企业实力，增强龙头带动作用。围绕产业配套，适应专业化、标准化、规模化的趋势，积极培育中小企业，发展合成橡胶、橡胶助剂、炭黑、骨架材料等产业，形成完整的产业链条。各级质监、检验检疫部门要和企业共同做好标准化工作，建立产品质量保证体系，培育区域性产业品牌。以重点企业集团为龙头，在国内外发展橡胶种植园，建设橡胶加工厂和天然橡胶生产供应基地。高度重视轮胎装备制造业发展，提高质量和信息化水平。鼓励企业联合重组，积极引导生产要素向优势企业聚集，促进轮胎产业集约化发展。

（五）加强废旧轮胎回收利用，推进节能减排和循环经济。完善政策法规，尽快建立废旧轮胎回收网络体系，提高轮胎翻新和废旧轮胎综合利用水平。支持轮胎回收利用新技术、新装备的研究开发，实现废旧轮胎高质化利用。鼓励轮胎生产企业定点回收旧轮胎和翻新，加强废轮胎回收工作，规范回收市场秩序，支持再生胶企业发展，有效处理废轮胎，促进环境保护和循环经济发展。

（六）实施市场全球化战略，不断提升市场营销能力。有关市政府和轮胎生产龙头企业要高度重视轮胎营销能力建设，有条件的地方可以探索建设以企业为主体的轮胎产业市场体系，发展轮胎服务业；促进轮胎骨干企业之间加强沟通合作，构建全球性销售与服务网络系统，逐步实现产品在国内、国外的或总销售模式。积极探索构建现代市场行业合作形式，联合应对国际反倾销。产业集群所在地政府要积极为轮胎企业提供金融、知识产权、人才培养等方面服务，在土地、电力、资金等方面支持龙头企业发展，规范市场秩序，避免恶性竞争，促进专业集群化生产，降低成本，争取有1—2个品牌成为中国世界名牌。

轮胎模具篇4

关键词：车轮包络；柔性体特性；运动仿真

中图分类号：U462.2 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2013）02-0027-04

汽车的车轮运动包络面（简称轮包）是指在整车的各种行驶工况下，车轮随悬架上下跳动并转向运动至各个极限位置的过程中，车轮轮胎所占据的运动空间[1]。它决定了车轮轮罩和翼子板开孔形状，同时还可以用来检查车轮与周边子系统及零部件的运动干涉情况，甚至还可能驱动整车架构开发中的车轮轮距、车辆最小转弯半径等的调整[2]。因此，在整车项目的开发阶段，在适当的开发节点分析设计出较精确的轮包，对于降低设计风险、减少后期设计更改、缩短开发周期以及降低开发成本都有着重要的作用和意义。然而，在一般的车体或悬架系统运动仿真中，常常采用简单的刚体模型，忽略了系统中由于橡胶衬套等柔性元件受力变形而导致的机构位移，所得的车轮运动包络结果并不能很好地与实际情况相符。

本文基于整车架构开发、底盘结构设计、车辆动力学等多方面的要求，利用ADAMS/Car、CATIA/DMU等仿真软件模块，讨论了多种计算轮包的方法和流程。特别针对简单的刚体模型不能仿真出精确的车轮轨迹的情况，着重研究了在考虑柔性体特性的悬架多体系统下，结合利用多个仿真软件计算分析出精确的车轮运动包络面的方法。其中，以汽车的前转向轮为主要研究对象。

1 车轮运动机理

车轮的运动机理决定了其运动包络面的形状，其影响因素包括：悬架系统的拓扑结构[3]（悬架类型）、几何结构（悬架系统硬点）、车轮的轮跳和转向极限关系屋顶图、车轮定位参数、轮胎型号、轮胎静态轮廓标准以及雪链应用策略等。

1.1 轮跳和转向极限关系图

在汽车行驶过程中，由于悬挂系统的约束，汽车的前转向轮在受到垂直冲击时能够上下跳动。同时，在转向系统的控制下，车轮又能绕主销转动实现转向。因此，车轮的运动表现为轮跳和转向的耦合，其运动空间取决于车轮的上下轮跳范围和转向范围。为了描述一款车型的车轮可能到达的极限位置，汽车生产公司会在大量的试验数据基础上，结合仿真分析和经验，描绘出车轮轮跳和转向极限的关系曲线，反映车轮的运动极限位置，因其形状与屋顶形状相似，因此又称为屋顶（Roof）图。

如图1所示为某款轿车不安装防滑链时的屋顶图。图1中，横坐标轴表示转向齿条行程与额定行程的百分比，反映车轮的转向；纵坐标轴表示减震器轴向行程，反映了车轮的上下跳动。由图1可以看出，该轿车在行驶中，其车轮并不会同时到达上跳极限和转向极限。

1.2 轮胎模型标准

对于同一型号的轮胎，由于各轮胎供应商的工艺及制造水平差异，导致其产品均不尽相同，体现为轮胎静态轮廓模型的截面形状及尺寸各不相同。因此在制作轮包前，一般需要统一轮胎模型的建模方式，其中在业内较为权威被采用较多的是ETRTO国际标准[4]。

ETRTO是欧洲轮胎和轮辋技术组织（the European Tyre and Rim Technical Organisation）的缩写，在它的标准体系里，所谓的轮胎截面是指静态包络云图（Static Envelope Contour）。轮胎截面的尺寸须是最大使用尺寸（Maximum in Service），它包含了轮胎的最大公差值以及轮胎使用后由于变形延展而产生的尺寸。在CAD软件中，根据ETRTO设计标准绘制轮胎截面，并将其绕车轮中心轴线旋转一周，即能得到轮胎的标准静态轮廓面，利用其制作轮包，保证了轮包的可靠性，降低了设计风险。

另外，在GB 7063-1994中要求护轮板至少有一种防滑链（雪链）适用于该车[5]。对于加装了防滑链的车轮轮胎建模，其截面尺寸既要考虑防滑链的外形尺寸，还需要考虑车轮在高速旋转时防滑链因离心力作用而甩起的变形量。

1.3 刚性和柔性悬架对车轮运动包络面的影响

在一般的悬架系统运动仿真中，常常采用简单的刚体模型，亦即在系统中，各零部件均通过刚性运动副连接，如转动铰、移动铰、圆柱铰、球铰和万向节铰等。在刚性悬架的约束下，车轮的运动轨迹只决定于上下轮跳行程和转向齿条行程，不受行驶工况的影响。只要分析各运动副的约束关系，就能计算得到车轮的最大运动空间。

然而，在实际结构中，悬架系统采用了橡胶衬套等弹性减震元件，弹性元件在受力状态下会发生压缩变形。因此，实际的前悬架系统是包含弹性元件的柔性运动体系统。在各种行驶工况下，弹性元件会发生不同的变形，其变形量影响了悬架系统各零部件的相对运动，同时也影响了车轮的运动空间。因此，在仿真分析中采用柔性悬架模型，能够反映复杂的行驶工况对车轮运动的影响，比起简单的刚体模型，其结果更加逼近实际情况。

2 轮胎运动包络面

2.1 基于CATIA/DMU的轮胎运动包络

目前，汽车工程师们通常利用CATIA软件中的DMU模块[6]来制作车轮的运动包络面[7]。该模块能够根据悬架系统的结构、硬点分布以及各个零部件之间的相对运动关系，建立悬架的运动学模型，形成能够进行仿真运动的悬架机构。特别是对于前悬架系统，其运动模型一般至少具有2个自由度，亦即车轮的上下跳动和绕主销轴线的转动，因此模型中一般以车轮轮跳高度和转向齿条行程作为驱动自由度来驱动仿真。当经过对模型的测试、评估、改进，直到确认模型能够符合并反映前悬架系统包括转向系统的运动规律后，利用该模型能够分析系统中各个零部件在运动过程中的位姿变化，并进一步计算零部件之间的间隙、球铰的摆角范围、零部件的运动包络等。

根据轮跳及转向极限关系屋顶图，可以编辑法则曲线来控制模型的仿真运动，使车轮的运动轨迹依次经过屋顶图上的各个极限位置点。进行仿真运动后，利用DMU模块中的扫描包络体功能，可以生成轮胎的运动包络，它反映了轮胎在到达各极限位置的过程中占据的最大运动空间。只要在悬架系统或者整车系统下将其作为部件装配在一起，就能计算轮胎的运动包络与轮罩等相邻部件的间隙。

基于CATIA/DMU的该计算流程简单便捷，能够较快地得到轮胎运动包络。然而，由于在CATIA/DMU中建立的悬架系统为简单的刚体模型，零部件之间通过球铰、万向节铰、转动铰链等连接，其仿真运动忽略了系统中由于橡胶衬套等柔性元件受力变形而导致的机构位移，因此不能计算出精确的车轮运动轨迹。其所得的包络计算结果与实际结果有较大误差，存在一定的设计风险，可能会增加后期的设计更改次数，延长整车开发周期。

2.2 基于ADAMS/Car的柔性悬架系统及轮胎运动包络

利用仿真软件ADAMS系列中的ADAMS/Car轿车专用分析软件包[8]，用户可以方便快速地创建汽车子系统和整车装配。当若干子系统装配组合后，就可在标准模式下进行各种形式的仿真分析。

以某款轿车的前悬架为例，根据其悬架结构及安装硬点，在ADAMS/Car中建立了悬架系统的装配体模型，如图2所示。

在刚体模型中，除了车轮绕车轴的转动以外，系统有三个运动自由度：左右车轮的上下跳动以及车轮绕主销的转动。为了仿真包含弹性元件的柔性悬架特性，将前悬架系统中减震器上部与车身连接处的球铰以及下摆臂与车身的两个转动铰链都改为橡胶衬套弹性连接。其中，橡胶衬套的各向刚度通过修改衬套的属性文件来定义。因此，如图2所示的前悬架系统是柔性体系统。在仿真分析中，这种模型能够体现行驶工况下弹性元件的弹性变形。

建立装配体模型后，对前悬架进行轮胎包络面（Wheel Envelope）仿真试验。根据该款车型的轮跳和转向屋顶图以及车轮工况，设定了车轮经过的极限位置及对应工况（侧向力、制动力、回正力矩等[9]）。对悬架系统进行仿真，就生成了车轮的运动轨迹结果。将车轮在几个极限位置时刻的运动姿态帧图输出成STEP格式文件，并用CAD软件完成装配，就能生成轮胎的运动包络，如图3所示。

可以看到，由于输出的姿态数较少，生成的运动包络比较粗糙。而如果想要得到光滑细致的轮包，则需要输出大量的帧图，操作繁琐费时。

事实上，在进行Wheel Envelope仿真试验后，可以计算得到车轮中心点及中轴线上一固定点的运动轨迹。如图4所示为仿真试验结果输出的这两点的坐标值变化过程。某一时刻的坐标值反映了轮心和中轴线上一点在这一时刻的空间位置。

在CATIA/DMU模块中，根据整车设计要求建立固定坐标系，其坐标系原点及坐标轴方向均与整车设定相同，并在其中建立轮胎的标准静态轮廓面的运动学模型。显然，只要确定了车轮中心点以及中轴线上一点的坐标，就能确定车轮中心的位置和中轴线的方向。同时，由于车轮形状关于其中轴线成中心对称状，轮胎绕中轴线的旋转运动并不影响其运动包络。因此，车轮中心点以及中轴线上一固定点的坐标值完全确定了车轮的位置和姿态。利用如图4所示的坐标值轨迹，能够在CATIA/DMU中编辑运动曲线，使轮胎按照仿真试验中的空间轨迹运动。对其运动空间进行包络体扫描，就得到了较细致光滑的车轮运动包络面，如图5所示。

由于在ADAMS/Car的仿真系统中，同时考虑了刚体零部件的刚体特性和橡胶衬套等弹性体的柔性特性，并且能够在实验中模拟复杂工况（侧向力等）对悬架机构变形的影响，因此，在ADAMS/Car中建立的悬架多体系统模型具有更接近于实车的动力学特性。基于该模型进行的仿真试验，能够得到更精确的车轮运动轨迹。

3 结论

结合利用ADAMS/Car及CATIA/DMU等仿真软件，能够建立包含刚体特性和弹性体柔性特性的悬架多体系统，设计计算出具有精确运动轨迹的车轮运动包络面。另一方面，运动包络面采用基于ETRTO标准的轮胎静态轮廓面扫描而成，考虑了轮胎的制造误差和变形延展。通过这种方法得到的运动包络面，其结果综合考虑了汽车在复杂工况下的机构弹性变形、轮胎的制造和使用误差等因素。利用该包络可以测量和校核车轮与周边零部件尤其是轮罩的间隙，所得结果具有很高的可靠性和安全性，解决了简单的刚体模型仿真与实车试验误差较大的难题，降低了设计风险，缩短了整车项目开发周期，也降低了整车开发成本。

参考文献：

[1] 刘惟信. 汽车设计[M]. 北京：清华大学出版社，2001.

[2] 黄宏成，何维廉. 轮胎包络面设计及运动干涉分析[J].传动技术， 2002，（1）：13-16.

[3] 陈家瑞. 汽车构造[M]. 北京：人民交通出版社，2005.

[4] 王克先. 国内外轮胎标准及管理[J].中国橡胶，2004，20（7）： 4-7.

[5] 杨忠敏. 防滑链―冬季安全行车的必备武器[J].交通与运输，2009，（2）： 67-68.

[6] 胡海龙. CATIA V5R18基础设计[M]. 北京：清华大学出版社，2010.

[7] 朱敏杰. 轮胎运动包络计算分析流程和方法[J].上海汽车，2009，（9）：19-20.

[8] 陈军. MSC.ADAMS技术与工程分析实例[M]. 北京：中国水利水电出版社，2008.

轮胎模具篇5

关键词 花纹；模糊数学矩阵；数学规划；三维建模；蒙特卡罗算法

中图分类号O29 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）120-0164-03

0 引言

本文根据车辆情况、路面情况以及使用需求的不同，首先在对汽车轮胎花纹形式固定，忽略天气等外界因素，对专业的参数信息进行检索收集。其次以物理知识为基础利用变量控制法和修正系数的思想求得各性能的近似表达公式，用模糊数学的思想建立各种性能指标的权值联系，然后将各性能构建为统一的性能指标，并以此作为规划模型的目标函数。在求解时，为避免各相关性能量纲之间的误差以及减少非花纹结构对性能的影响，引进性能量纲系数并定义为1，性能参数的大小即为各性能的绝对大小。由于车辆、路面情况参数较为客观，将其计入目标函数，而使用需求柔性较大，故把它归入规划模型的限制条件中。从而建立轮胎花纹的设计模型。然后我们用以普通轿车为例对模型进行求解验证，利用蒙特卡罗算法对模型的最优解进行计算，并用SOLIDWORKS软件进行参数化三维建模，结果表明：

对于过程中设计的计算公式与算法的误差研究，我们对模糊矩阵评价法得到的权重，我们将用模糊序列法得到相同的结论，在一定程度上来说，权重是可信的，对于性能参数的数值与相关论文研究中的定性描述做了对应，基本契合，但是性能的绝对量是本文模型的最大问题，但是在某种程度上能反应实际情况。

2 模型建立

本文主要研究普通轮胎花纹形式下的设计要素对汽车性能的影响，以花纹沟的深度、宽度、角度及密集度等要素为规划模型的决策变量，花纹的总体性能参数为目标函数，以工艺设计限制以及使用需求为约束条件，从而建立数学规划模型，并用Solidworks软件进行三维建模。

本模型的大体的架构如同计算机程序般，设置模型的输入端、主体程序、输出端三部分，在输入端，我们考虑到将车辆的情况和路面的情况参数化，其值刚度大主观性小，我们将其建立在目标函数主体，而使用需求参数化，其值刚度小主观性大，故将此建立在规划模型的约束条件部分，为减少模型误差对结果带来的巨大影响，我们对设计要素进行工艺技术限制。我们将花纹的设计要素作为决策变量，并将规划模型的最优解作为模型的输出端，而规划模型即是主题的程序，程序化模型架构让花纹设计更加清晰方便，模型的输出端后我们与建立了程序与应用软件Solidworks的连接，依据结果进行轮胎花纹的三维建模，从而建立花纹设计优化的全过程。

3 模糊数学的权比模型构建

3.1 模糊矩阵评价法计算花纹性能比重

现在用模糊矩阵评价法评估轮胎花纹对汽车轮胎各个性能的影响程度。

轮胎的花纹主要影响汽车牵引性能、防侧滑性能、耐磨性能和排水性能。花纹的影响汽车性能集为U={牵引性能、防侧滑性能、耐磨性能、排水性能}，依次对应可记为U=（u1，u2，u3，u4）。

现在来确定两两影响程度的比较fuj（ui）。由前面的评价方法可知轮胎花纹对汽车牵引性能、防侧滑性能、耐磨性能、排水性能影响程度，我们记为：

由此可知，花纹对轮胎各个性能的影响程度可以近似计算得到，牵引性能a0=64.3%、防侧滑性能a1=20.9%、耐磨性能a2=9.6%、排水性能a3=5.2%。所占比的饼状图如下。

4 约束条件确定

4.1 目标函数花纹总体性能的确定

Max f=Pj×a0+Rj×a1+Rj×a2+Wj×a3

4.2 使用需求

噪声需求

噪声的影响因素主要是与沟深有关，研究表明当沟深在一定的范围内噪音较小，并且其值大小能反应噪声减小的效果，故可用其值来近似描述用户在噪声方面的需求。

舒适需求

汽车的舒适度主要体现在汽车的防侧滑性能，其值的大小能说明轮胎花纹对舒适性的需求。

4.3 技术限制

5.2最优化求解

普通轿车轮胎花纹设计规划模型：

决策变量：花纹沟深度a，花纹沟宽度b、横花纹与水平夹角θ、横向花纹块面积占行驶面积的比c、纵向花纹花纹块面积占形式面积的比d

6 模型评价

6.1 优点

1）本文所用模型通过对轮胎的牵引力性能、防滑性能、耐磨性能、排水性能四个性能进行分析研究，较为全面和具有代表性；

2）采用修正系数的思想，将四个性能的标准定义为一个理想最大值的修正值，可以避免其值的多因素研究，为研究带来便利，但是又不失其正确性；

3）本文将复杂的轮胎花纹进行抽象简化，突出主要的影响要素，利用简单的力学和几何学数量关系，从而减少研究的无用功；

4）本文采用模糊数学分析的方法，将本来影响因素众多的几种性能指标，建立较为明确的比重关系，将原本独立的量构建成一个较为成熟的变量来描述轮胎整体的特性，并通过公路对性能的需求参数建立个种类轮胎和各类公路间的契合度，从而得出轮胎适用范围的结论。

6.2 缺点

1）性能参数的计算不是太具体的绝对值，而仅仅是利用1的相对修正；

2）模糊数学方法得出的比重有一定的主观性，不能较客观的反应真正地问题。

参考文献

[1]文学红.轮胎花纹反求与数字化设计研究，广州工业大学硕士论文，2005，5.

[2]杨忠敏.轮胎胎面花纹及其特点，现代橡胶技术，2013，39：3-4.

[3]彭旭东.轮胎磨损的影响因素.中国知网.第50卷2003.

[4]张彦辉，等，潮湿路面上胎面花纹对轮胎附着性能的影响，农业工程学报，2007，236.

[5]俞淇.子午线轮胎结构设计与制造技术.北京：化学工业出版社，2006，1.

[6]申屠流芳.水稻直播机放沦陷轮胎的设计.农机化研究，2009，9（9）：91-93.

[7]江苏工学院，农业机械学[M]，北京，中国农业机械出版社，1981.

[8]刘志强.轮胎安全性能影响因素的分析、评价与建模.汕头硕士论文，2003，6.

[9]彭旭东.表面粗糙度对冰路面上滑动轮胎摩擦牵引力影响的研究，汽车工程，2000，22（4）：240-243.

[10]赵文杰.轮胎花纹变形特性数值模拟分析，西华大学硕士论文，2012（5）.

[11]王野平.论轮胎的磨损，汽车技术，1999（6）：19-22.

[12]鲁军.基于自定义特征的轮胎花纹参数化设计的研究，硕士论文，2013（4）.

[13]杨忠敏.轮胎花纹解密.交通与运输，2014，1：71-72.

轮胎模具篇6

汽车行驶时的噪声，来自于各种振动，轮胎就在其中。例如在粗糙路面行驶时，轮胎内钢带的边缘部振动就会产生出噪声，VE302在振动最大的钢带边缘部分，缠绕了抑制振动的高强度边带，以此来降低路面的噪声。花纹帮助轮胎实现抓地、排水等各种性能，但也是轮胎噪声的一个重要源头。在轮胎滚动时，花纹和地面不断形成众多的密闭小腔体，挤压和释放空气从而生成泵气的噪声。邓禄普利用声音全息摄影技术， 正确找到了噪声发生的源头，采用花纹组合模拟实验，通过五段式花纹模糊排列模拟试验，为VE302找到最佳的花纹排列，最大限度提高了静音效果。通过上述两项设计，VE302的静音性比它的前代产品VE301又有了大幅提升，在相同实验条件下，40km/h时速的噪声降低了1.5dB（A），下降了一倍多。

按照惯例，首先对VE302进行了静态的评测，我们发现这款轮胎的速度级别为W，也就是极速限值达到270km/h，这对一款主打舒适性的轮胎来说是很难得的。另外，从标注的参数来看，5层不同材料合成的胎面用料比较厚道。在25.6℃的室温下，测得胎面硬度为72HA，强度不错，而11.15kg的重量再次显示出用料的到位。花纹深度的均值为7.29mm，属于花纹深度偏深的胎型，在耐磨和排水方面会有不错的表现。测试车之前使用的轮胎是米其林ENERGY MXV8，该款轮胎注重舒适性和经济性，低速噪声控制得比较好，但时速超过80km/h后，噪声开始明显增加，超过100km/ h时则有些扰人。换装VE302后，尽管胎宽有所增加（从原来的205mm增加到225mm），但时速在60km/h以下时，人耳几乎无法察觉来自轮胎方面的噪声，相当安静。

定位配套于高级轿车的高档轮胎，仅有安静是显然不够的，舒适性和运动性方面必须也要有不错的表现。其实好轮胎要做到舒适，需要的不是“软”，而是柔中带着韧性。VE302通过使用比一般轮胎更粗的帘线（强度提升1.3倍），实现了“不会过软也不会过硬”的理想效果。尤其在高速碾过公路的接缝时，那种紧绷的反应更有高级车悬架独有的扎实感。

通过更换一套高级的轮胎来提升汽车的性能，一直是我个人推崇的最具性价比的改装方案，虽然简单，但却最直接有效，而且换装轮胎并不需要什么特别的技术。在目前国内整车厂商一再压低成本，降低原配轮胎标准的大环境下，我觉得上述方案更有必要向广大车主推荐。邓禄普品牌这些年一直在走性价比路线，相比米其林和普利司通等大牌，它的一些中高档轮胎在性能相当的状况下，价格更具优势。像这次试驾的VE302，非常适用于追求高级轿车质感的国内高端A级车和B级车车主升级。

轮胎模具篇7

关键词：汽车轮胎；有限元分析法；结构力学；承载部件；受力情况；运动力学 文献标识码：A

中图分类号：U463 文章编号：1009-2374（2016）36-0131-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.36.065

有限元分析法在对汽车轮胎力学结构进行分析之时，使研究工作达到了巅峰的阶段，这一分析方法在应用之时把汽车轮胎看作各向异性连接体，轮胎的构造与材质得到了简易的分析，同时能够将与轮胎相关的信息整体地呈现出来，进而完成对起初轮胎性能推测的目标。目前有限元分析法在轮胎的充气形状和应力、载荷―位移曲线、接地面积和形状、轮胎的滚动阻力以及侧偏特性等方面都得到了广泛的应用，且取得了良好的应用效果。

1 汽车轮胎结构力学非线性有限元分析

1.1 建设有限元汽车轮胎模型

众所周知，汽车轮胎在地面运行的状态为滚动，在计算量上应用初始构形会产生很多弊端。而有限元分析法的使用对轮胎模型进行建设之时有效地应用轮胎滚动构性这一参考构形，此时三维实体单元模拟的组成元素为以下种类：轮胎、轮惘及刚性路面；汽车有限元模型的建立健全，把轮胎运动的形式细化为刚体滚动和纯变形两类；而接触单元模拟成为表示轮胎与地面之间的相互作用的效果；胎面花纹沟被省略的同时细化网络将汽车轮胎接触区域周边的面貌呈现出来；三维超弹性模拟应用在轮胎胎面橡胶上；使用三维复合材料单元模拟的对象主要是胎体帘布层、带束层和冠带层；六面体八节点等参元模拟用于建设汽车轮胎结构；对于以上一切的单元，其均具有变形能力强、高硬度的特征。

1.2 对汽车轮胎承载部件受力情况的分析

应用有限元分析法对195/651R489H型号的高速轿车子午线轮胎垂直加载这一工作状况下的结构进行分析。因为汽车轮胎在垂直载荷的作用下，此时轮胎自体与地表接触时不是轴对称这是必然的结果，那么此时与轮胎相接触的地面区域势必会产生复杂多变的应力，且发生无规则的形变。有限分析法在应用之时发现在接触底的中心轮胎胎体帘布层无应力产生，而当汽车轮胎与接地中心背离之时胎体帘布层受到了拉应力的作用，并且在接触区域的始末端拉应力的数值是最大的；有限元分析法在对汽车轮胎的带束层进行分析之时，发现其并不是在轮胎接地内、外区域均受到拉应力的作用，在接地区域内部其只受压应力，而产生压应力最大的位置依然是汽车轮胎接地区域的中心，并且轮胎第一带束层接地中心的压应力远远小于第二带束层，在接地区域的其他范围内第一、二带束层所受的压应力值基本一致。那么借助这一分析方法可以得出如下的结论：明确了汽车轮胎在垂直轴向载荷的作用下变形特性与重要承载部件的应力分布模式，在上述分析资料的辅助下汽车轮胎性能的评价以及轮胎规划方案的改进工作得以顺利地运行。

1.3 对轮胎的运动力学有限元分析

有限元分析法能够对汽车轮胎自由滚动的状况进行分析，这在很大程度上弥补了静载分析工作存在的缺陷。设想汽车轮胎在滚动之时始终处于稳定的状态中，也就是说在滚动的期间受力、变形及温度场始终如一，借此途径去简化分析程序，此时在某些数学方法与措施的辅助下就可以顺利地完成对轮胎自由滚动分析工作。当然对有限元软件进行应用也是必然的，这样才能够发现轮胎肩的周向正应力随滚动速度和周向位置变化而有序变化；有限元分析法还发现了汽车轮胎在滚动的一个周期之内，其束胎肩经历了“受压―受拉―受压”的过程，而这种应力交替变换的形式是造成汽车轮胎磨损、报废的主要原因，而破坏的程度与应力的增幅之间存在正相关关系；此外，对汽车轮胎进行分析时应用有限元法，还可以得出如下结论：轮胎胎侧胎体在接地面内受到的压力相对较小，应力被缓解，这主要是因为胎体在胎气饱满的状态下与地面接触时张力被松弛，而这种“张紧―松弛”的应力变化模式也是致使胎侧疲劳破坏的又一大要素；其实有限元法在对动态的轮胎的运动力学进行分析之时，需要对“轮胎―公路界面”有关的接触问题进行综合的考虑，建立健全侧偏刚度模拟，发现自由滚动摩擦力并非是对称分布，其胎冠中心所承受的摩擦力与胎肩之间存在较大的悬殊，且汽车在下沉量较大之时胎肩处的接地压力数值最大。

2 对轮胎充气分析的有限元分析

汽车轮胎有限分析的基本任务之一便是对充气的分析，而充气分析的唯一载荷就是充气载荷，有限元分析法在对充气进行分析之时其实质就是在研究一类抽对称问题与垂直加载分析和滚动分析一样，其应用的是三维单元分别系模式，以下对有限元分析法的应用进行详细的论述：

步骤一：单元划分。此时因应用的是等参六面体8节点单元和五面体单元两者相结合的方法。工作人员对有限元网络自行的设计与编辑，当然这一工作任务的落实是建立在工作人员对所供应的轮胎设计图纸有全面的认识与理解基础之上的，同时应该有效地对程序进行处理。

步骤二：明确充气载荷。其实在对汽车轮胎进行充气之时唯一的载荷就是内压。因为汽车在运转的过程中轮胎的形变量是较大的，且是无规律的，那么就应该积极的应用随动载荷方法，此时有限元分析法对载荷作用的分析就是建立在变形之后的构形上。

步骤三：对汽车轮胎的轮辆约束与处理。应用的是标准化的可变约束法，这一方法在轮胎变形量U确定的基础上，确立了U=cY-Y的约束形式，而计算的最终结果为约束反力，该方法的优点是收敛快、精度高（误差不超过3%），且易于操作。

步骤四：求解方式。在有限元分析方法的辅助下，一个巨大型的代数方程组得以建立健全，阶数一般不小于1000阶，那么就大大增加了中小型计算机设备对其计算的工作难度，此时通常应用的方法为波前法，内存里只对波前的元素进行存储，最大限度地优化了内存空间，在工程应用之时彰显便捷性的特点。

3 对汽车子午线轮胎的有限元分析

3.1 建设子午线轮胎有限元模型

因为子午线轮胎不论是在构造，还是在载荷与形变等方面均存在一定的复杂性，因此为了真实地将轮胎的实际状况反映出来，通常采用的是三维有限元模型，这一模式的构建与应用将会产生事半功倍的效果。因为汽车轮胎构造与性能的多样性与复杂性，因此合理地对子午线轮胎进行简化是极为必要的，经过简化程序之后参与有限元分析工作的轮胎结构主要包括以下种类：胎冠、胎肩、胎侧、带束层、胎体、三角胶和钢丝圈，当然对一些部位过小的尖角也应该开展处理环节。有限元分析软件ANSYS所提供SOLID45体单元和SOLID46层单元参与对午线轮胎185/70R14C的分析工作，此外SOLID46层单元模拟是针对轮胎异性材料而建设的。

3.2 对子午线轮胎模态的分析

在ANSYS体系中APDL语言的协助下，本文对子午线轮胎的静态接触的有限元进行分析。一个与刚性目标面固连的PILOT节点的建立有效地解决了轮胎与刚性路面接触时产生的问题，这一节点也能反映出整个目标面的受力和运动状况，ANSYS程序对节点边界进行检查，在APDL语言的命令下使PILOT节点顺利的生成，相关代码如下：

CSYS，0

K，1，200，-316，800

K，2，200，-316，-800

K，3，-200，-316，-800

K，4，-200，-316，800

A，l，2，3，4

APLOT

ET，3，TARGE170

ET，4，CONTA174

MAT，11

TYPE，3

REAL，30

AMESH，ALL

ALLSEL

ψ游缦呗痔ツP徒行深入的分析，可得到的结论如下：当汽车轮胎与地面接触以后，胎侧位置发生的形变量是最为明显的，此时胎侧承受着来自地面的垂直载荷，也发生了变形的现象，对其原因进行分析，这是由于轮胎在和刚性目标面两者接触之时，轮胎胎体在内压与目标面垂直压的双重作用下直径增大，而胎侧又因为存在十分柔软的帘布层，此时其刚性是较小的，最终使汽车轮胎胎侧尺寸明显的增加，向外扩张，中部突显，在向胎肩过渡的过程中变形程度逐渐变小。最终得到的结论是汽车轮胎的帘布层对子午线轮胎的整体变形状况影响力度相对较大。

4 结语

其实有限元分析法在对汽车轮胎结构进行分析之时应用的方面是极为广泛的，本文只是浅浅而谈，此外有限元分析法还能够完成对轮胎变形特性和温度场的分析、轿车轮胎动力滑水问题分析、轮胎的耐久性分析，热力学等性能分析内容，有助于综合性评价轮胎性能的理论体系的建立与健全。当然，有限元分析法的应用推动了汽车轮胎有限技术在轮胎设计与开发等方面应用的进程，大幅度地降低了开销，达到优化汽车设计水平与产品质量的终极目标，因此研究人员应该积极地对有限元分析方法进行深入的研究，使其在应用汽车轮胎结构分析进程中发挥更大的效能。

参考文献

[1] 张鹏，石琴，谷叶水.有限元分析技术在汽车轮胎研 究中的应用[J].渤海大学学报（自然科学版）， 2004，（1）.

[2] 张鹏.子午线轮胎的三维有限元分析和侧偏性能的研 究[D].合肥工业大学，2004.

[3] 刘野，廉哲满.基于ANSYS的汽车轮胎有限元分析 [J].机械工程师，2014，（3）.

[4] 季天剑，高玉峰，陈荣生.轿车轮胎动力滑水分析 [J].交通运输工程学报，2010，（5）.

[5] 何生.有限元分析在轮胎设计中的应用[J].广西轻工 业，2007，（8）.

轮胎模具篇8

关键词：轮胎爆胎监测；轮胎的智能降温

一、技术背景

近来由于轮胎损坏引起的交通事故不胜枚举；轮胎是热的不良导体，发热会使轮胎压强增大，导致爆胎，但是货车行驶过程中噪声大，爆胎后不易察觉；此时货车由一个轮胎承重向前行驶，危险极大。

二、发明目的

增加轮胎的使用寿命，减少因轮胎损坏引起的交通事故，增加行车安全。

三、产品介绍

汽车轮胎温度过热是导致爆胎的主要原因，当轮胎升高到一定温度时，单片机控制水泵泵水对轮胎进行智能温水降温，可以增加轮胎的使用寿命，同时可以增加行车安全；另外，货车爆胎不容易察觉，在爆胎短时间内不会对货车行驶造成影响，在爆胎之后及时预警，让司机顺利处理突况，可保证行车安全。本作品采用单片机收集货车行驶过程中的信息并进行控制与相互通信，当爆胎时，单片机会将信号发送到驾驶室，在显示屏上显示爆胎信息并使得蜂鸣器工作，提醒司机及时停车检查货车的行驶状况；LCD屏上显示水箱水位、水温以及轮胎温度，司机在车内就可以了解水箱和轮胎的信息，轮胎达到一定温度，水泵工作；当轮胎温度达到合适温度时，水泵不工作。其中水泵还可以通过驾驶室的按键进行控制，提高人机的互动，使整个系统工作更加稳定。

四、具体方案

下面参看附图1对系统的工作原理进行进一步的详细说明

1.三个独立5V稳压电源，分别给货车轮胎、水箱、驾驶室的单片机供电，水泵通过车载蓄电池供电；

2.爆胎监测的实现过程。轮胎内胎与外胎之间嵌入薄膜式压力传感器，与轮胎上固定的单片机相连，采集到的车胎压力信息送给单片机，通过无线模块发送信息给驾驶室的单片机。货车正常行驶时，显示屏上显示当前的时间，水箱水温（提醒司机换水）、水位（提醒司机加水）和水泵工作信息（水泵工作，显示屏左下角显示“W”；水泵停止工作，显示屏上显示“1”）；货车爆胎时，蜂鸣器报警并且LCD屏上“The tyre has broken”；

3.智能降温的实现过程。在水箱上开俩个孔，第一个放入水温和水位传感器，第二个孔通过水管接到水箱里的水泵上，水管外端的水龙头正对轮胎。水位和水温模块采集信息，都要通过A/D转换器送给单片机，处理完获得数据通过无线模块送给驾驶室的单片机，当轮胎温度过高时，控制水泵喷水，给轮胎降温。

五、应用前景